minden anyag atomokból áll. Ez olyasmi, amit most figyelembe, mint egy adott, és az egyik dolog, amit tanulni rögtön az elején középiskolás vagy középiskolai kémia osztályok. Ennek ellenére meglepően frissek az elképzeléseink arról, hogy mi az atom: alig száz évvel ezelőtt a tudósok még mindig vitatkoztak arról, hogy pontosan hogyan néz ki egy atom. Ez a grafika egy pillantást vet az atom számára javasolt kulcsfontosságú modellekre, valamint arra, hogyan változtak az idő múlásával.

bár grafikánk az 1800-as években kezdődik, az atomok gondolata jóval korábban volt. Valójában vissza kell mennünk egészen az ókori Görögországba, hogy megtaláljuk a genezisét. Az “atom” szó valójában az ókori görögből származik, nagyjából “oszthatatlan” – ként fordul elő. Az ókori görög elméletet számos különböző tudósnak tulajdonították, de leggyakrabban Democritusnak (I .E. 460-370) és mentorának, Leucippusnak tulajdonították. Bár az atomokkal kapcsolatos elképzeléseik kezdetlegesek voltak a mai fogalmainkhoz képest, felvázolták azt az elképzelést, hogy minden atomokból, láthatatlan és oszthatatlan, végtelen típusú és számú anyagból készül.

ezek a tudósok elképzelték, hogy az atomok alakja változó, az atom típusától függően. Úgy tervezték, hogy a vasatomoknak horgok vannak, amelyek egymáshoz rögzítik őket,elmagyarázva, miért volt a vas szobahőmérsékleten szilárd. A víz atomjai simák és csúszósak voltak, megmagyarázva, hogy a víz miért volt folyékony szobahőmérsékleten, és ki lehetett önteni. Bár most már tudjuk, hogy ez nem így van, ötleteik megalapozták a jövőbeli atommodelleket.

Ez egy hosszú várakozás, azonban, mielőtt ezek az alapítványok épültek. Az angol kémikus, John Dalton csak 1803-ban kezdte el fejleszteni az atom tudományosabb meghatározását. Az ókori görögök ötleteire támaszkodott, amikor az atomokat apró, kemény gömböknek írta le, amelyek oszthatatlanok, és hogy egy adott elem atomjai azonosak egymással. Ez utóbbi pont az, amely nagyjából továbbra is igaz, a figyelemre méltó kivétel a különböző elemek izotópjai, amelyek a neutronok számában különböznek. Mivel azonban a neutront csak 1932-ben fedezték fel, valószínűleg megbocsáthatjuk Daltonnak ezt a felügyeletet. Elméleteket is kidolgozott arról, hogy az atomok hogyan kombinálják a vegyületeket, valamint az ismert elemek első kémiai szimbólumkészletével is előállt.

Dalton felvázolása atomelmélet volt a kezdet, de még mindig nem igazán sokat elárul a természet atomok magukat. Ami ezután következett, az egy újabb, rövidebb lull volt, ahol az atomokról szóló ismereteink nem fejlődtek annyira. Volt néhány kísérlet annak meghatározására, hogy milyen atomok nézhetnek ki, mint például Lord Kelvin javaslata, hogy örvényszerű szerkezetük lehet, de csak a 20.század fordulója után kezdődött el az atomszerkezet feltárásának előrehaladása.

az első áttörés az 1800-as évek végén történt, amikor Joseph John (JJ) Thomson angol fizikus felfedezte, hogy az atom nem olyan oszthatatlan, mint korábban állította. Kísérleteket végzett egy kisülési csőben előállított katódsugarakkal, és megállapította, hogy a sugarakat pozitív töltésű fémlemezek vonzzák, de negatív töltésű lemezek taszítják. Ebből arra következtetett, hogy a sugarakat negatívan kell feltölteni.

a sugarak részecskéinek töltésének mérésével arra a következtetésre jutott, hogy kétezer-szer könnyebbek, mint a hidrogén, és a fém megváltoztatásával a katódból készült, meg tudta mondani, hogy ezek a részecskék sokféle atomban vannak jelen. Felfedezte az elektronot (bár “corpuscle” – nek nevezte), és kimutatta, hogy az atomok nem oszthatatlanok, de kisebb alkotóelemei vannak. Ez a felfedezés 1906-ban Nobel-díjat nyerne neki.

1904-ben megállapításai alapján előterjesztette az atom modelljét. Szinkronizált ‘A szilvapuding Modell’ (bár nem a Thomson magát), hanem kilátásba az atom, mint egy gömb, a pozitív töltés, az elektronok pontozott egész, mint szilva a pudingot. A tudósok elkezdtek bepillantani az atom belsejébe, de Thomson modellje nem sokáig lógott – és az egyik tanítványa szolgáltatta a bizonyítékokat, hogy átadják a történelemnek.

Ernest Rutherford Új-zélandi fizikus volt, aki a Cambridge-i Egyetemen tanult Thomson alatt. Ez volt a későbbi munkája a University of Manchester, amely további betekintést a belsejét egy atom. Ez a munka azután jött, hogy 1908-ban már Nobel-díjat kapott a radioaktív anyagok kémiájával kapcsolatos vizsgálataiért.

Rutherford kísérletet dolgozott ki az atomszerkezet vizsgálatára, amelynek során pozitív töltésű alfa-részecskéket lőttek egy vékony aranyfólián. Az alfa-részecskék olyan kicsiek voltak, hogy át tudtak jutni az aranyfólián, és a Thomson modellje szerint, amely az egész atom felett szórt pozitív töltést mutatta, ezt kevés vagy semmilyen eltéréssel kell megtenni. Ennek a kísérletnek a végrehajtásával remélte, hogy képes lesz megerősíteni Thomson modelljét, de végül pontosan az ellenkezőjét tette.

a kísérlet során az alfa-részecskék többsége alig vagy egyáltalán nem halad át a fólián. A részecskék nagyon kis számát azonban nagyon nagy szögben eltérítették az eredeti útjuktól. Ez teljesen váratlan volt; ahogy Rutherford maga is megjegyezte: “majdnem olyan hihetetlen volt, mintha egy 15 hüvelykes héjat lőtt volna egy darab papírpapírra, és visszajött, és megütött volna”. Az egyetlen lehetséges magyarázat az volt, hogy a pozitív töltés nem terjedt el az atomban, hanem egy kis, sűrű középpontba koncentrálódott: a magba. Az atom többi része egyszerűen üres hely volt.

Rutherford felfedezése a mag azt jelentette, hogy az atommodellt újra kell gondolni. Javasolt egy modellt, ahol az elektronok keringenek a pozitív töltésű mag körül. Bár ez a Thomson modelljének javulása volt, nem magyarázta meg, mi tartotta az elektronok keringését, ahelyett, hogy egyszerűen spiráloztak volna a magba.

írja be Niels Bohr-t. Bohr dán fizikus volt, aki Rutherford modelljével próbálta megoldani a problémákat. Rájött, hogy a klasszikus fizika nem tudja megfelelően megmagyarázni, hogy mi folyik az atomi szinten; ehelyett kvantumelméletre hivatkozott, hogy megpróbálja megmagyarázni az elektronok elrendezését. Modellje feltételezte az energiaszintek vagy az elektronok héjának létezését. Az elektronok csak ezekben a meghatározott energiaszintekben találhatók meg; más szóval az energiájukat számszerűsítették, és nem tudtak csak értéket venni. Az elektronok mozoghatnak ezen energiaszintek között (a Bohr “helyhez kötött állapotoknak” nevezi), de ezt az energia elnyelésével vagy kibocsátásával kellett megtennie.

Bohr javaslata a stabil energiaszintekről az atommagba spirálozó elektronok problémájára vonatkozott, de nem teljesen. A pontos okok kicsit összetettebbek, mint amit itt fogunk megvitatni, mert bejutunk a kvantummechanika összetett világába; és ahogy maga Bohr mondta: “Ha a kvantummechanika nem sokkolt meg mélyen, még nem értetted meg”. Más szóval, ez lesz a fajta furcsa.

Bohr modellje nem oldotta meg az összes atommodell problémát. Jól működött a hidrogénatomok esetében, de nem tudta megmagyarázni a nehezebb elemek megfigyeléseit. Megsérti a Heisenberg bizonytalansági elvet is, amely a kvantummechanika egyik sarokköve, amely kimondja, hogy nem ismerjük mind az elektron pontos helyzetét, mind lendületét. Még mindig, ezt az elvet csak néhány évvel azután posztulálták, hogy Bohr javasolta modelljét. Mindezek ellenére, Bohr valószínűleg még mindig a modell az atom te leginkább ismerik, mivel gyakran az első során bevezetett középiskolai vagy középiskolai kémia tanfolyamok. Még mindig megvan a Felhasználási is; ez nagyon hasznos, hogy elmagyarázza a kémiai kötés, valamint a reaktivitás egyes elemcsoportok egy egyszerű szinten.

mindenesetre a modell még mindig finomítást igényelt. Ezen a ponton sok tudós vizsgálta és próbálta kifejleszteni az atom kvantummodelljét. Ezek között volt Erwin Schrödinger osztrák fizikus, akiről valószínűleg már hallott (ő az a fickó a macskával és a dobozzal). 1926-ban Schrödinger azt javasolta, hogy a rögzített pályákon vagy kagylókban mozgó elektronok helyett az elektronok hullámokként viselkednek. Ez egy kicsit furcsának tűnik, de valószínűleg már emlékszel arra, hogy a fény mind hullámként, mind részecskeként viselkedhet (úgynevezett hullám-részecske kettősség), és kiderül, hogy az elektronok is.

Schrödinger megoldott egy sor matematikai egyenletet, hogy dolgozzon ki egy modellt az elektronok eloszlására egy atomban. Modellje az elektron sűrűségű felhők által körülvett magot mutatja. Ezek a felhők valószínűségi felhők; bár nem tudjuk pontosan, hol vannak az elektronok, tudjuk, hogy valószínűleg megtalálhatók a tér adott régióiban. Ezeket a térrészeket elektron pályáknak nevezik. Talán érthető, hogy a Középiskolai kémiai órák miért nem vezetnek egyenesen ezzel a modellel, bár ez ma elfogadott modell, mert egy kicsit több időt vesz igénybe a fejed körül!

Schrödinger ‘ s nem egészen az utolsó szó az atom. 1932-ben James Chadwick angol fizikus (Ernest Rutherford tanítványa) felfedezte a neutron létezését, kitöltve az atomot alkotó szubatomi részecskékről alkotott képünket. A történet ezzel sem ér véget; a fizikusok azóta felfedezték, hogy a magot alkotó protonok és neutronok maguk is oszthatók kvarkoknak nevezett részecskékre-de ez túlmutat ezen a poszton! Mindenesetre az atom jó példát mutat arra, hogy a tudományos modellek hogyan változnak az idő múlásával, és megmutatja, hogy az új bizonyítékok hogyan vezethetnek új modellekhez.

élvezte ezt a bejegyzést & grafika? Fontolja meg, hogy támogatja az összetett érdeklődés Patreon, és kap előzetesek a közelgő Hozzászólások & több!

a cikk grafikája a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Nemzetközi licenc alapján készült. Lásd a webhely tartalomhasználati irányelveit.